Development and Feasibility Study for Phase Contrast MR Angiography at Low Tesla Open-MRI System

이 논문은 2012년 7월 5일 접수하여 2012년 7월 26일 채택되었음.

책임저자：한봉수, (220-710) 강원도 원주시 연세대길 1 연세대학교 보건과학대학 방사선학과 Tel: 033)760-2381, Fax: 033)760-2562 E-mail: [email protected]

Development and Feasibility Study for Phase Contrast MR Angiography at Low Tesla Open-MRI System

Dong-Hoon Lee*, Cheol-Pyo Hong*, Man-Woo Lee

, Bong-Soo Han*

*Department of Radiological Science, College of Health Science, Yonsei University, Wonju,

†

Health & Medical Equipment, Samsung Electronics Co., LTD., Suwon, Korea

Magnetic resonance angiography (MRA) techniques are widely used in diagnosis of vascular disorders such as hemadostenosis and aneurism. Especially, phase contrast (PC) MRA technique, which is a typical non contrast-enhanced MRA technique, provides not only the anatomy of blood vessels but also flow velocity. In this study, we developed the 2- and 3-dimensional PC MRA pulse sequences for a low magnetic field MRI system. Vessel images were acquired using 2D and 3D PC MRA and the velocities of the blood flow were measured in the superior sagittal sinus, straight sinus and the confluence of the two. The 2D PC MRA provided the good quality of vascular images for large vessels but the poor quality for small ones. Although 3D PC MRA gave more improved visualization of small vessels than 2D PC MRA, the image quality was not enough to be used for diagnosis of the small vessels due to the low SNR and field homogeneity of the low field MRI system.

The measured blood velocities were 25.46±0.73 cm/sec, 24.02±0.34 cm/sec and 26.15±1.50 cm/sec in the superior sagittal sinus, straight sinus and the confluence of the two, respectively, which showed good agreement with the previous experimental values. Thus, the developed PC MRA technique for low field MRI system is expected to provide the useful velocity information to diagnose the large brain vessels.

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Key Words: Phase contrast magnetic resonance angiography, Low tesla MRI system, Vessels image, Flow measurement

서 론

　영구자석을 이용한 저자장 자기공명영상(Magnetic Reso- nance Imaging, MRI) 시스템은 영상화 공간이 옆으로 열려 있어서 영상 촬영시 환자에게 편안한 느낌을 갖게 할 뿐만 아니라 외부에서 환자접근성이 용이하여 방사선치료계획 을 위한 영상획득에 이용되고 있으며 가격과 유지비용이 저렴하여 중ㆍ소형 병원을 중심으로 두부와 척추 또는 근 골격계의 영상획득에 사용되고 있다.

하지만 저자장 MRI 시스템은 초전도자석을 이용한 고자장 MRI 시스템에 비해 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)가 낮아서 높 은 공간해상도나 고속촬영이 요구되는 영상기법을 구현하 기 쉽지 않기 때문에 첨단 영상화 기법 적용에 한계가 있

다. 따라서 저자장 MRI 시스템에서의 영상화 기법을 개발 하는 연구는 활발하게 진행되고 있지 않는 편이다. 하지만 저자장 MRI 시스템 사용자들의 새로운 영상화 기법의 요구 는 다양하며 이중 자기공명혈관조영술(Magnetic Resonance Angiography, MRA)을 이용한 뇌혈관질환의 진단의 정확도 를 높이고자 하는 요구가 많다.

　MRA는 자기공명영상에 기반을 둔 혈관촬영술(angio-

graphy)로 혈관협착(hemadostenosis), 동맥류(aneurism), 동정

맥기형(arterio venous malformation, AVM) 등의 혈관질환

(vascular disease)진단에 널리 사용되고 있다.

MRA은 조

영제의 사용유무에 따라 두 가지로 구분되어 사용되어 진

다. 조영제를 사용하는 조영증강 자기공명 혈관조영술

(Contrast Enhanced Magnetic Resonance Angiography, CE

MRA)은 검사 시간이 짧고 미세혈관의 가시도가 높아 저자

장 MRI 시스템에서도 널리 활용되고 있다. 한편 조영제를

사용하지 않는 혈류 영상기법으로는 유체속도 강조 자기공

명 혈관조영술(Time of Flight MRA, TOF MRA)과 위상대조

자기공명 혈관조영술(Phase Contrast MRA, PC MRA)이 있

다. TOF MRA는 포화되지 않은 혈류의 영상화 단면 유입

현상(inflow effect)으로 인해 혈관신호가 증가하는 현상을 이용하는 기법으로 검사시간이 짧은 장점이 있지만 느린 혈류의 관찰이 어렵고 난류(turbulent flow) 등에 의한 신호 의 손실이 큰 특성 때문에 SNR이 낮은 저자장 MRI 시스템 에서는 혈관 가시도가 더욱 낮아져서 유용성이 떨어진다.

PC MRA는 유동부호화 경사자장(flow encoding gradient)을 사용하여 경사자장 내에서 움직이는 조직 내 스핀들의 위 상변화를 대조도로 표현하는 기법으로 TOF MRA에 비해 검사시간은 상대적으로 길지만 TOF MRA의 단점으로 언 급된 느린 혈류의 관찰이 가능한 장점이 있다.

또한 혈 류 속도 정보를 제공해주기 때문에 도플러 초음파(doppler ultrasound)와 함께 체내 혈류속도 측정의 표준방법으로 사 용되고 있다.

　한편 PC MRA는 높은 SNR과 공간해상도(spatial reso- lution)가 요구되기 때문에 주로 고자장 MRI 시스템에서 획 득되어져 왔다. 따라서 저자장 MRI 시스템에서 PC MRA영 상의 혈관의 가시도나 혈류속도 측정을 통한 혈관질환에 대한 진단가능성 등에 대한 연구는 보고된 적이 없다. 따라 서 본 연구에서는 저자장 MRI 시스템에 적합한 PC MRA 펄스열(pulse sequence)을 개발하여 유속팬텀(flow phantom) 과 정상인의 뇌에 적용하여 획득한 혈관영상과 위상분석을 통한 속도측정을 바탕으로 저자장 MRI 시스템에서의 PC MRA의 유용성을 평가해 보고자 한다.

재료 및 방법

　PC MRA는 유동부호화 경사자장을 이용하여 조직 내 스 핀들의 속도변화에 비례하는 위상 변화를 측정한다. 이때, 단면선택(slice selection) 경사자장, 주파수부호화(frequency encoding) 경사자장에서 기인하는 위상변화를 보정하기 위 하여 혈류보상 경사자장(flow compensation gradient)을 사용 하며 획득된 영상의 후처리 과정을 거쳐 최종적인 위상대 조 영상을 재구성하며 그 과정은 다음과 같다.

1. 유동부호화 경사자장

　유동부호화 경사자장은 서로 반대의 극성을 가지는 쌍극 의 경사(bipolar gradient)의 형태로 구성되어진다. 이 경사자 장 인가 전후에 정지된 조직의 스핀들은 위상의 변화가 없 지만 움직이는 조직의 스핀들은 속도에 비례하는 위상변화 가 발생한다.

　유동부호화 경사자장을 인가하지 않은 상태에서 조직의 위상을 ^

라 하면 유동부호화 경사자장을 인가한 후 조직

의 위상은 다음과 같이 주어지며 유속의 속도는 일정하다 고 가정한다.



≡ 

   

 



 

 (1)

　위 식에서 G는 경사자장의 세기, ^

는 경사자장이 최대 크기에 도달하기까지의 시간, ^

은 최대경사자장이 가해지 는 시간을 의미한다. 유동부호화 경사자장을 인가하기 전 과 인가후의 위상차 ^ 는 다음과 같이 주어지며,

    

 



 

 (2)

　위 식에서 유동부호화 경사자장의 경사는  =π에 해 당하는 속도인 VENC (Velocity Encoding)를 설정하여 결정 하였으며 다음과 같이 주어진다.

 _{ }

  

 



 



 (3)

2. 유속혈류보상 경사자장

　경사자장하에서 움직이는 조직의 스핀의 위상분산을 보 상하기 위하여 혈류보상 경사자장을 가해준다. 혈류보상 경사(flow compensation gradient)는 양극과 음극 형태의 경 사자장의 면적비가 약 1：2：1의 형태를 가지도록 구현하 였으며 이는 혈류의 흐름이 일반적으로 층류(laminar flow) 인 경우로 가정한다.

3. 펄스열 구현

　Fig. 1과 같이 2차원 PC MRA의 기본 펄스열은 혈류보상 경사자장을 단면선택방향과 주파수부호화 방향으로 인가 하고 점선으로 표현된 형태의 유동부호화 경사자장을 사용 하여 총 4번의 영상을 획득하도록 구현되었다.

펄스열 의 첫 번째 부분에서 기준영상(reference image)을 획득하고 두 번째 부분부터 네 번째 부분까지는 순차적으로 단면선 택방향, 주파수부호화 방향, 위상부호화 방향으로 혈류민 감영상(flow sensitivity image)을 획득하도록 하였다(Fig. 1).

3차원 PC MRA 펄스열은 2차원 PC MRA의 펄스열을 바탕

으로 단면선택방향으로 위상부호화(phase encoding) 경사자

장을 추가하여 영상을 획득할 수 있도록 하였다(Fig. 2). 또

한 2차원 및 3차원 PC MRA 펄스열을 제작함에 있어서 혈

류영상의 대조도 증가를 위해 최소 에코시간 및 반복시간

Fig. 1. 2D PC MRA pulse se- quence diagram. Bipolar gradients for flow encoding are represented by dotted line on each axis.

Fig. 2. 3D PC MRA pulse sequence diagram with phase encoding gra- dient field along the slab selection direction. Bipolar flow encoding gradients are represented by dotted line on each axis.

이 가능하도록 부분에코(partial echo) 영상획득 기법을 적 용하였다.

4. 실험장비, 실험대상자 및 영상화변수

　실험에 사용된 장비는 0.32 T 개방형 영구자석 MRI 시스 템(Magfinder II, SCIMEDIX, Korea)을 사용하였으며 개방형 수직자계 2-column 형태, 수소 원자핵의 세차주파수는 13.6 MHz, 최대 경사자장의 크기(maximum gradient amplitude)는 15 mT/m, 최대 슬루율(maximum slew rate)은 30 mT/m/

msec, 상승시간(rise time)은 500μsec이다.

　실험 대상자는 과거 혈류 동력학적 이상소견이나 기타 병력이 없는 정상 성인 4명(평균나이: 26.75세)을 대상으로 하였으며 모든 대상자들은 연구의 목적과 방법에 대하여 충분히 이해하였으며 자발적 동의 후, 실험에 참가하였다.

실험에 사용된 2D PC MRA의 영상화변수는 반복시간 (time of repetition, TR)=32 msec, 에코타임(time of echo,

TE)=16 msec, 숙임각(flip angle, FA)=20

, 반복횟수(number of excitation, NEX)=4, 재구성 영상매트릭스(reconstructed image matrix)=256×192, 단면두께(slice thickness)=20 mm, VENC=20 cm/sec으로 설정하였다. 3D PC MRA의 영상화변 수는 반복시간=29 msec, 에코타임=13 msec, 숙임각=20

, 반 복횟수=1, 재구성 영상매트릭스(reconstructed image ma- trix)=256×128, 3차원 단면두께(slab thickness)=64∼128 mm, VENC=20∼80 cm/sec으로 설정하였다.

5. 유속팬텀제작

　실험을 위해 제작한 유속팬텀은 직경 1 cm의 튜브와 펌 프를 통한 용액의 흐름이 일정한 속도를 유지하며 단면선 택방향으로 이뤄지도록 하였다(Fig. 3). 정지된 조직의 구현 과 유속측정 시 잡음(noise)의 영향을 줄이기 위하여 아가 로오스 겔(agarose gel)을 이용하였으며 튜브 내에는 NiCl

18 mmol/l, NaCl 0.1 w/v%이 혼합된 용액(T

=100 msec,

Fig. 3. Flow phantom for velocity measurement by PC MRA.

Fig. 4. PC MRA reconstruction scheme for flow sensitivity in all three direction.

T

=60 msec)이 순환되도록 제작하였다.

　또한 도플러 초음파(Terason, TERATECH, USA)를 이용 하여 유속팬텀의 튜브 내의 유속을 측정한 결과를 VENC 설정의 기준으로 사용하였다. 도플러 초음파를 이용하여 속도측정 시 사용된 변수는 펄스반복주파수(Pulse Repeti- tion Frequency, PRF)=9.8 kHz, 벽필터(wall filter)=150 Hz, 도 플러 각(doppler angle)=60

, 속도측정범위(sample volume)=2 mm이다.

6. 속도측정

　본 연구를 통해 개발된 2D PC MRA의 속도측정의 정확 성을 평가하기 위해 제작된 유속팬텀의 유속과 체내의 혈 관의 혈류속도를 측정하였다. 제작된 유속팬텀내 유속은 40 cm/sec로 하였으며 이는 도플러 초음파를 이용하여 결 정 되었다. 속도측정에 있어서는 팬텀내부의 유속의 방향 이 일정함을 고려하여 단면선택방향으로 관심영역(Region Of Interest, ROI)을 설정하였다. 체내의 상시상 정맥동 (superior sagittal sinus)의 속도측정을 위해 VENC=40 cm/sec 으로 설정하였다.

7. 영상처리

　획득된 영상의 재구성을 위한 전체적인 과정은 Fig. 4와 같다. 기준영상과 각 방향에 따른 혈류민감영상의 신호는 식 (4), (5)와 같이 복소수 형태로 주어진다.



  ^

 ^

(4)



  ^

 ^

, n = x, y, z (5)

　위 식에서  ^

 는 기준영상의 신호크기,  ^

 은 혈류민감 영상의 신호크기,

는 정지된 조직의 위상, ^{ } 는 움직이 는 조직의 속도에 의한 위상변화를 의미한다.

　기준영상과 혈류 방향별 혈류민감영상의 신호차이는 다 음과 같이 속도에 의한 위상차에 의존하게 된다.

∆ 

 

 

   

  

 (6)

여기서, ^  ≡  ^

 ^  ^

 .

　식 (6)을 이용하여 PC MRA영상의 신호크기는 다음과 같 이 주어진다.

   ^{ }

 

 

(7) 　또한 획득된 영상의 후처리(post processing) 과정에서 zero filling을 사용하여 공간분해능(resolution)이 증가한 PC MRA영상을 재구성하였다. 3차원 PC MRA의 경우, 크기영 상에서 최대강도투사기법(Maximum Intensity Projection, MIP) 을 적용하여 최종 영상을 재구성하였다.

　속도의 측정을 위해서 움직이는 조직의 방향별 속도성분 에 의한 위상은 다음과 같은 과정을 통해 계산하였다.

 



   ^



 ^





(8)

 

 



    ^{ }

  ^





  ^



 ^  ^{ }

  ^





  ^



 ^   ₍₉₎

　식 (2)와 식 (3)을 이용하여 다음과 같은 조직의 속도성

분과 그에 따른 위상차와의 관계를 얻을 수 있다.

Fig. 5. Velocity measurement of flow phantom using doppler ultrasound. The arrows indicates the measured velocity as 40 cm/sec.



  

 

 (10)

　따라서 식(10)을 이용하여 위상차를 통해 조직의 속도를 다음의 관계식을 통해 결정하였다.

   

  ^{  }

  

  

(11)

결 과

　본 실험을 위해 제작된 유속팬텀의 유속을 도플러 초음 파를 이용하여 측정한 결과 Fig. 5와 같이 40 cm/sec의 결과 를 얻었다. 또한 개발된 2D PC MRA펄스열을 이용한 유속 팬텀의 횡단면 크기영상과 각 방향별 위상영상을 Fig. 6과 같이 획득하였다. Fig. 6d의 단면선택방향의 위상영상에서 혈관부위에 설정된 15 개의 픽셀을 포함하는 원형의 관심 영역(검은색 화살표)에서 측정한 각 픽셀별 유속은 Fig. 6e 와 같으며 평균속도는 39.1±1.04 cm/sec이었다. 이는 도플 러 초음파를 통해 측정된 속력값과 오차범위 내에서 일치 하였다. 또한 Fig. 7은 2D PC MRA 펄스열을 인체에 적용 하여 상시상 정맥동을 기준으로 얻어진 각 방향별 혈류민 감영상과 위상영상이다. Fig. 7에서 a와 e는 좌ㆍ우방향, b 와 f는 앞ㆍ뒤 방향, c와 g는 위ㆍ아래 방향의 혈류민감영 상 및 위상영상, d는 모든 방향을 고려한 PC MRA영상이

다. 혈류민감영상에서는 상시상 정맥동과 곧은 정맥동 (straight sinus)을 확실히 관찰할 수 있으며 위상영상에서는 혈류의 흐름에 대한 평균속도를 위상의 변화를 토대로 반 영하여 나타내고 있음을 관찰 할 수 있다. 특히 상시상 정 맥동, 곧은 정맥동 및 상시상 정맥동과 곧은 정맥동의 합류 지점에 관심영역을 설정하여 각각의 위치에 대한 평균혈류 속도를 측정하였으며 i와 같은 결과그래프를 획득하였다.

측정된 평균속도는 상시상 정맥동의 경우 25.46±0.73 cm/

sec, 곧은 정맥동의 경우 24.02±0.34 cm/sec으로 나타났으며 상시상 정맥동과 곧은 정맥동의 합류지점의 경우 26.15±

1.50 cm/sec으로 나타났다. 이는 앞선 연구결과에서 알려진 전체 심장운동주기를 고려한 정상인들의 상시상 정맥동의 평균혈류속도인 27.2±6.3 cm/sec와 곧은 정맥동의 평균혈류 속도인 29.5±9.9 cm/sec 범위 내에 해당하고 있음을 나타낸

다.

Fig. 8에서는 Fig. 7에서 획득한 부분을 3D PC MRA

기법을 이용하여 획득한 영상을 나타내었다. Fig. 8a∼d의 그림은 3차원으로 획득한 영상에 MIP를 적용한 투영각도 별 영상을 나타내고 있다. 2차원적인 영상을 획득하는 경 우보다 상대적으로 정중시상단면에서 나타나는 경질막 정 맥동(dural venous sinus)의 구조를 자세히 관찰할 수 있으며 작은 혈관의 가시도가 증가함을 확인 할 수 있다. 또한 3D PC MRA펄스열을 인체에 적용하여 윌리스 써클(circle of willis)을 기준으로 한 혈관영상(Fig. 9) 및 경부의 혈관영상 (Fig. 10)을 획득하였다. Fig. 9에서는 뇌혈관계의 측부순환 로인 윌리스 써클을 구성하는 전교통동맥(anterior commu- nicating artery), 전대뇌동맥(anterior cerebral artery), 중대뇌 동맥(middle cerebral artery), 후대뇌동맥(posterior communi- cating artery), 후교통동맥(posterior communicating artery) 및 내경동맥(internal carotid artery)을 관찰 할 수 있다. Fig. 10 에서는 경부의 동ㆍ정맥을 구조를 관찰 할 수 있다. Fig. 9 와 10의 각 영상은 모두 MIP를 적용하여 3차원으로 구현되 었으며 각도의 변화를 통한 투영영상으로 나타내었다.

고찰 및 결론

　PC MRA 기법은 조영제의 투입없이 혈류 속도의 정량적

인 속도측정과 혈관의 가시화를 위해 널리 사용되는 자기

공명 혈류영상화 기법이다. 또한 TOF MRA와 달리 정맥과

같은 느린 혈류의 가시화가 우수한 기법이기도 하다. MRI

시스템의 보급화가 점차 이루어지면서 고자장의 MRI 시스

템을 이용한 영상화가 주류를 이루고 있으며 MRA 기법도

그에 상응하여 많은 발전을 해왔다. 하지만 저자장 MRI 시

Fig. 6. The axial view of flow phantom images obtained with a 2D PC MRA pulse sequence: Mag- nitude image (a), phase image in frequency encoding direction (right- left) (b), in phase encoding direc- tion (anterior-posterior) (c) and slice selection direction (head-feet) (d).

Flow velocity of the region of interest (red line) was measured in Figure (d). The graph (e) represents velo- cities measured for each pixel in the ROI (black arrow).

스템에서는 고자장 MRI 시스템에 비해 SNR과 자장의 균 일도가 낮아서 PC MRA로 작은 혈관을 관찰하는데 어려움 이 있다.

　본 연구에서는 0.32 T 저자장 MRI 시스템을 기반으로 하 여 2D와 3D PC MRA 펄스열을 개발하고 이를 이용하여 사람 두부의 혈관영상과 혈류를 측정하여 저자장 MRI 시 스템에서 PC MRA의 유용성을 알아보고자 하였다. 2D PC MRA의 경우 상대적으로 두꺼운 단면을 사용하기 때문에 공간해상도가 낮을 뿐만 아니라 SNR이 작기 때문에 작은 혈관의 가시도는 예상대로 좋지 않았다. 한편 3D PC MRA 을 이용한 혈관영상은 2D PC MRA 영상에 비해 큰 혈관은

물론이고 작은 혈관에 대한 가시도가 향상되었으나 작은 혈관에서 영상의 신호가 불균일하여 작은 혈관의 진단에 사용하기에는 적합하지 않았다. 한편 2D PC MRA 영상에 서 큰 혈관의 가시도는 혈류속도를 측정하기에 충분했다.

개발된 2D PC MRA를 통해 측정되는 혈류의 속도의 정확

성을 알아보기 위해 자체 제작한 유속팬텀에 대한 2D PC

MRA를 통해 측정된 결과 도플러 초음파를 이용하여 측정

된 유속팬텀의 속도와 오차 범위 내에 있음을 확인할 수

있었다. 특히 개발된 PC MRA기법이 인체 내 혈류측정에

이용가능한지를 알아보기 위해 2D PC MRA를 이용하여

인체 내의 상시상 정맥동, 곧은 정맥동 및 상시상 정맥동과

Fig. 7. Separate sagittal display of the flow sensitivity data set obtained with a 2D PC MRA pulse sequence. Flow sensitivity magnitude and phase images in the right-left direction (a, e), anterior-posterior direction (b, f), superior-inferior direction (c, g) and all three directions (d, h). The graph (i) represents velocity measured in the superior sagittal sinus (black solid arrow), confluence of superior sagittal sinus and straight sinus (black dotted arrow) and straight sinus (white solid arrow) in the phase image (h) (*:

superior sagittal sinus, ○: confluence of superior sagittal sinus and straight sinus, ●: straight sinus).

곧은 정맥동의 합류지점에서 평균혈류속도 측정결과는 앞 선 연구에서 알려진 해당부위의 평균속도와 오차 범위 내 에 있음을 확인할 수 있었다. 이는 0.32 T 정도의 저자장 MRI 시스템에서도 2D PC MRA를 이용하여 뇌의 혈류속도 를 정밀하게 측정할 수 있음을 보여주는 결과로 아주 중요 한 의미가 있다. 인체의 혈관은 피가 흐르는 통로이기 때문 에 혈관이 막히거나 혈관이 좁아지게 되면 혈류속도가 변 하게 되며 이러한 비정상적인 피의 흐름은 신체에 이상을

초래하게 된다. 따라서 혈류속도를 측정하는 것은 혈관의

건강성을 진단하는 아주 중요한 방법 중 하나이다. 일반적

으로 머리를 제외한 인체의 혈류속도는 도플러초음파를 이

용하여 간단히 측정할 수 있다. 하지만 뇌의 경우 뇌를 둘

러싸고 있는 머리뼈로 인해 초음파가 뇌 속으로 투과하기

힘들기 때문에 초음파를 이용한 혈류속도 측정에는 한계가

있다. 따라서 PC MRA는 뇌 혈류속도를 비침습적으로 정

확하게 측정할 수 있는 거의 유일한 수단이라 할 수 있다.

Fig. 8. 3D PC MRA targeted on superior sagittal sinus images of 25-year-old normal male volunteer.

(a∼c) and (d) are MIP images obtained at 0°, 30°, 60° and 90°, respectively.

Fig. 9. 3D PC MRA targeted on

circle of willis images of 29-year-

old normal male volunteer. (a∼c)

and (d) are MIP images generated

at 0°, 30°, 60° and 90°, respec-

tively.

Fig. 10. 3D PC MRA targeted on carotid artery and vein images of 25-year-old normal male volunteer.

(a∼c) and (d) are MIP images projected at 0°, 30°, 60° and 90°, respectively.

　한편 본 연구는 저자장 MRI 시스템에서 PC MRA기법을 개발하고 임상적 응용가능성을 알아보는 것을 목적으로 하 였기 때문에 다음과 같은 한계를 가지고 있다. 첫째로 인체 의 뇌에 대한 혈류속도 측정에서 대상자가 1명이기 때문에 통계적으로 충분히 신뢰할 만한 결과라 할 수 없는 점이다.

또한 현재 본 연구에서 개발한 PC MRA기법으로 단의 크 기가 어느 정도인 혈관까지 혈류속도 측정이 가능한지에 대한 정밀 분석이 이루어지지 않은 점 또한 단점으로 지적 할 수 있다. 이는 본 연구가 임상연구가 아닌 펄스열 개발 에 중점을 둔 연구이기 때문에 사람을 대상으로 한 연구에 는 한계를 가지고 있어서 발생한 문제로 향후 이 부분에 대한 보완연구가 필요하다. 한편 혈류속도가 임상적인 의 미를 갖기 위해서는 심장주기를 고려한 특정 심장위상 (cardiac phase)에서의 혈류속도를 측정해야 하는데 본 연구 에서 측정한 속도는 심장주기를 고려하지 않은 전체의 심 장주기를 통한 평균적인 혈류속도이다. 이는 본 연구에서 개발한 PC MRA기법의 문제이기 보다는 본 연구에서 사용 된 MRI 시스템이 심장동기(cardiac gating)장비를 구비하고 있지 않아서 발생한 문제이다.

　결론적으로 앞서 언급된 여러 가지 단점이 있음에도 불 구하고 본 연구는 현재 국내에서 제작하여 보급중인 저자 장 MRI 시스템에서 위상대조 혈류영상화 기법의 응용 가 능성을 보여주고 있으며 이를 실용화하기 위한 중요한 기

초자료를 제공하는 의미를 가진다고 할 수 있다. 즉 현재는 보급중인 저자장 MRI 시스템에서는 원통형(solenoid)과 안 장형(saddle)이 결합된 2채널 코일을 이용하여 영상획득시 간이 상대적으로 오래 소요되고 낮은 SNR로 인해 잔혈관 의 가시도가 낮지만 향후 다채널 수신코일을 이용하여 수 신 신호의 SNR을 높이고 병렬영상처리(parallel imaging re- construction)기법을 활용하면 영상획득시간을 줄이며 고해 상도의 영상이 가능하여 3D PC MRA영상에서 작은 혈관 의 가시도를 높일 수 있을 것으로 기대되어 진다. 또한 심 장 동기화 장비와 연동하는 위상대조도 자기공명 혈관조영 술의 적용으로 인체 내에서의 높은 정확도의 혈류속도측정 을 수행하여 저자장 MRI 시스템에서의 위상대조 자기공명 혈관조영술의 응용 및 진단가치의 폭을 넓힐 수 있을 것으 로 기대된다.

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저자장 자기공명영상 시스템에서의 위상대조도 혈관조영기법의 개발과 그 유용성에 대한 연구

*연세대학교 보건과학대학 방사선학과,

(주)삼성전자 의료기기사업부

이동훈*ㆍ홍철표*ㆍ이만우

ㆍ한봉수*

자기공명 혈관조영술은 혈관협착, 동맥류, 동정맥기형 등의 혈관질환 진단에 널리 사용되고 있다. 특히 위상대조도 자기 공명 혈관조영술은 조영제를 사용하지 않는 자기공명 혈관조영술로서 혈관의 해부학적인 정보를 제공함과 동시에 혈류 속도측정이 가능하다. 본 연구에서는 저자장 자기공명영상 시스템에 적합한 2차원 및 3차원 위상대조도 혈관조영술의 펄스열을 개발하여 유속팬텀과 정상인의 뇌에 적용한 후 획득한 혈관영상과 위상분석을 통한 속도측정을 바탕으로 저자 장 자기공명영상 시스템에서의 위상대조도 혈관조영술의 유용성을 평가하고자 한다. 2차원 및 3차원 위상대조도 혈관조 영술을 제작된 유속팬텀과 인체 내에 적용하여 상시상 정맥동, 곧은 정맥동 및 두 혈관의 합류지점에 대한 속도측정을 시행하였다. 결과로서 2차원 위상대조도 혈관조영술의 사용은 큰 혈관에 대해서는 높은 가시도를 나타내지만, 작은 혈관 에 대한 가시도는 상대적으로 저하됨을 확인할 수 있었다. 3차원 위상대조도 혈관조영술을 사용한 혈관영상은 2D PC MRA 영상에 비해 큰 혈관은 물론이고 작은 혈관에 대한 가시도가 향상되었으나 작은 혈관에서 영상의 신호가 불균일하 여 작은 혈관의 진단에 사용하기에는 적합하지 않았다. 한편 2차원 위상대조도 혈관조영술을 통한 영상에서 큰 혈관의 가시도는 혈류속도를 측정하기에 충분했다. 측정된 결과는 상시상 정맥동의 경우 25.46±0.73 cm/sec, 곧은 정맥동의 경 우 24.02±0.34 cm/sec, 상시상 정맥동과 곧은 정맥동의 합류지점의 경우 26.15±1.50 cm/sec으로 나타났으며 이는 앞선 연 구결과에서 알려진 전체 심장운동주기를 고려한 정상인들의 각 해당 부위별 혈류속도의 오차범위 내에 포함되는 좋은 결과를 나타내었다. 앞선 결과들을 토대로 본 연구는 현재 국내에서 제작하여 보급중인 저자장 자기공명영상 시스템에 서 위상대조도 혈류영상화 기법의 적용 및 응용 가능성을 보여주고 있으며 이를 실용화하기 위한 중요한 기초자료를 제 공할 수 있을 것이다.

중심단어: 위상대조도 자기공명 혈관조영술, 저자장 자기공명영상시스템, 혈관영상, 유속측정